Estudar Gaguez: O que 900.000 genomas nos ensinam sobre o crescimento de repetições de ADN

Os cientistas têm estudado intensamente a genética da doença de Huntington (DH) desde que o gene responsável foi descoberto em 1993. Ao contrário de muitas outras doenças genéticas, em que uma alteração numa ou em poucas letras de ADN pode ser suficiente para causar doença, a DH resulta de uma expansão de uma sequência de três letras (CAG) que se repete vezes sem conta no gene da huntingtina (HTTHTT uma abreviação para o gene que causa a doença de Huntington. O mesmo gene é também chamado DH e IT-15). Quando esta “gaguez genética” fica demasiado longa, normalmente 40 ou mais CAG, põe a DH em movimento. Mais recentemente, os cientistas descobriram que a repetição CAGrepetição CAG A porção de ADN no início do gene DH, que contem a sequência CAG repetida muitas vezes, e que é anormalmente longo nas pessoas que vão desenvolver DH. pode continuar a expandir-se nas células das pessoas ao longo da vida. Este crescimento contínuo da gaguez CAG da HTTHTT uma abreviação para o gene que causa a doença de Huntington. O mesmo gene é também chamado DH e IT-15 é provavelmente um passo fundamental para determinar quando a doença começa.

Mas a HTTHTT uma abreviação para o gene que causa a doença de Huntington. O mesmo gene é também chamado DH e IT-15 não é o único gene que contém uma gaguez genética instável. Uma equipa liderada pelo Dr. Po-Ru Loh na Universidade de Harvard analisou os genomas de mais de 900.000 pessoas para investigar o comportamento de outras repetições de ADN. As suas descobertas revelaram que as expansões de repetições são generalizadas e podem ser controladas por vias moleculares semelhantes.

As gaguez genéticas são comuns?

Embora os cientistas saibam que a repetição CAGrepetição CAG A porção de ADN no início do gene DH, que contem a sequência CAG repetida muitas vezes, e que é anormalmente longo nas pessoas que vão desenvolver DH. na HTTHTT uma abreviação para o gene que causa a doença de Huntington. O mesmo gene é também chamado DH e IT-15 pode crescer durante a vida de uma pessoa e mudar de número entre gerações, sabe-se menos se isto é comum para outras repetições. O genomagenoma nome dado a todos os genes que contêm as instruções completas para criar uma pessoa ou outro organismo humano contém centenas de milhares de sequências curtas de ADN repetitivas. Será que estas repetições também crescem (ou encolhem) com a idade ou entre gerações? Se sim, poderão estar associadas a outras doenças humanas? Poderá haver um processo celular subjacente comum que está a funcionar mal e a causar estas gaguez genéticas? São estas as perguntas que o Dr. Loh e os seus colegas se propuseram investigar.

À procura de repetições em quase um milhão de genomas

Medir gaguez genéticas parece simples em princípio, mas identificar com precisão repetições em quase um milhão de pessoas é tecnicamente extremamente difícil. Imagina tentares contar quantas vezes a mesma palavra aparece numa frase como “o o o o o o”. Agora imagina que o tipo de letra é tamanho 0,0001 (fonte molecular!). Se um “o” for adicionado ou removido, é surpreendentemente difícil dizer onde ocorreu ou exatamente quantas cópias estão presentes.

Estudar ADN exige que os investigadores o preparem usando uma série de reações químicas, incluindo reações que envolvem enzimas que fazem muitas cópias do ADN. Este processo coloca outro problema: as enzimas copiadoras adicionam frequentemente repetições extra que não estavam presentes na amostra original. Para ultrapassar estes desafios, o Dr. Loh e a sua equipa desenvolveram métodos computacionais e estatísticos sofisticados para identificar e filtrar estas repetições “falsas”. Depois usaram a amostra restante para estimar comprimentos de repetições para cerca de 350.000 localizações no genomagenoma nome dado a todos os genes que contêm as instruções completas para criar uma pessoa ou outro organismo.

Repetições CAG em todo o genomagenoma nome dado a todos os genes que contêm as instruções completas para criar uma pessoa ou outro organismo

A equipa começou por procurar repetições CAG. Embora existam muitos outros tipos de ADN repetitivo, já se sabe que as repetições CAG causam várias doenças, incluindo a DH. Os investigadores identificaram 18 localizações onde algumas pessoas tinham repetições CAG invulgarmente longas, possivelmente indicando que tinha ocorrido uma expansão. Uma das expansões mais comuns estava num gene chamado TCF4, onde foi encontrada uma repetição expandida em quase 9 % dos participantes do estudo. Encontrar uma repetição longa não significa necessariamente que cause doença, mas mostra que as repetições CAG gostam de crescer. A equipa também encontrou 15 localizações onde as repetições CAG mudaram de comprimento entre gerações, semelhante à DH. Estes resultados sugerem que a gaguez genética observada na DH pode fazer parte de um padrão genético mais amplo.

Tendo estabelecido que algumas repetições CAG são mais longas do que o esperado e podem alongar-se entre gerações, a próxima grande questão era se alguma delas cresce durante a vida de uma pessoa. Esta é uma questão fundamental porque se pensa que o crescimento de repetições CAG ao longo do tempo contribui para o início da DH. Das 15 repetições CAG que examinaram, 4 mostraram esta expansão “dependente da idade”. Uma descoberta foi especialmente inesperada: pessoas com repetições CAG expandidas num gene chamado GLS tinham um risco aproximadamente 14 vezes maior de ter doença renal grave. Isto sugere que as expansões de repetições podem contribuir para mais doenças do que atualmente sabemos, e estamos apenas a encontrá-las agora porque as repetições são difíceis de detetar no ADN.

Porque é que as gaguez genéticas crescem?

Imagina uma impressora avariada que tem dificuldades com frases que contêm palavras repetidas (“pode pode pode pode pode pode”). Cada vez que a frase é reimpressa, são adicionados “podes” adicionais – as repetições CAG comportam-se de forma semelhante. Como cada CAG parece idêntico ao seguinte e ao anterior, as máquinas celulares às vezes escorregam, perdem o seu lugar e adicionam cópias adicionais, fazendo com que a gaguez genética mude de comprimento ao longo do tempo.

Os investigadores queriam perceber porque é que as repetições de algumas pessoas se expandiam mais rapidamente do que outras. Concentraram-se em repetições expandidas num gene chamado TCF4 porque eram comuns e variavam muito nas células sanguíneas. Ao procurar em todo o genomagenoma nome dado a todos os genes que contêm as instruções completas para criar uma pessoa ou outro organismo, a equipa encontrou 7 alterações genéticas que pareciam acompanhar a expansão do TCF4. De forma entusiasmante, quatro destas localizações estavam em genes de reparação de ADN (MSH3, FAN1, ATAD5 e PMS2) que já tinham sido associados à expansão de repetições CAG na HTTHTT uma abreviação para o gene que causa a doença de Huntington. O mesmo gene é também chamado DH e IT-15. Estas descobertas reforçam as provas de que os genes de reparação de ADN desempenham um papel fundamental no controlo das expansões de repetições.

Uma lombada para a expansão de repetições

A investigação também descobriu que uma pequena interrupção na gaguez genética podia abrandar o crescimento da repetição CAGrepetição CAG A porção de ADN no início do gene DH, que contem a sequência CAG repetida muitas vezes, e que é anormalmente longo nas pessoas que vão desenvolver DH.. Imagina a sequência “pode pode pode pode pode”. Como todas as palavras são iguais, a maquinaria de cópia de ADN perde facilmente o seu lugar. Agora insere outra palavra “pode pode sim pode pode”. Esta pequena interrupção age como uma lombada, quebrando o padrão repetitivo e ajudando a maquinaria de ADN a manter o controlo da sua localização. Por exemplo, no gene TCF4, 18 repetições CAG com uma pequena interrupção expandiram-se 135 vezes mais devagar do que 18 repetições CAG sem interrupção.

Interrupções de sequência como esta são altamente relevantes para a DH. Embora seja super raro, pessoas com interrupções de repetições CAG têm uma idade de início da doença significativamente mais tardia do que o esperado. E os cientistas já estão a trabalhar arduamente para desenvolver terapiasterapias tratamentos genéticas destruidoras de repetições.

O que significa isto para a DH?

Uma grande conclusão desta investigação é que as repetições CAG têm uma tendência natural para crescer, e parte da mesma maquinaria de reparação de ADN influencia esta expansão em diferentes genes. O envolvimento da maquinaria de reparação de ADN tanto no TCF4 como na HTTHTT uma abreviação para o gene que causa a doença de Huntington. O mesmo gene é também chamado DH e IT-15 (juntamente com muitas outras repetições) apoia fortemente a ideia de que estas vias são centrais para a expansão de repetições – e talvez para o início da doença. Ainda não sabemos se a expansão de repetições com a idade desencadeia a DH, mas estas provas crescentes sugerem uma ligação intrigante.

Uma limitação importante é que este estudo mediu principalmente a expansão em células sanguíneas. O crescimento de repetições em células sanguíneas não significa necessariamente que as mesmas repetições estejam a crescer no cérebro, porque cada célula acumula expansões a ritmos diferentes e de formas que dependem de processos celulares complexos.

No entanto, este estudo destaca a necessidade de terapiasterapias tratamentos genéticas destruidoras de repetições e tratamentos para modificar a atividade das vias de reparação de ADN. Ambas as abordagens já estão a ser investigadas, mas é necessária mais investigação para determinar se serão seguras e eficazes nas pessoas.

Resumo

• Os cientistas estudaram sequências de ADN repetitivas em mais de 900.000 pessoas.
• Descobriram que as repetições CAG podem expandir-se entre gerações e durante a vida de uma pessoa.
• Alguns dos mesmos genes de reparação de ADN influenciam a expansão de repetições tanto no TCF4 como no gene da DH.
• Pequenas interrupções dentro das repetições CAG abrandaram dramaticamente o seu crescimento, apoiando os esforços para desenvolver terapiasterapias tratamentos destruidoras de repetições.
• A maioria das medições veio do sangue, por isso é necessária mais investigação para perceber como estas descobertas se aplicam ao cérebro.